阅读说明：本技术 逆变模块的保护电路、变流器及光伏设备 (Protection circuit, current transformer and the photovoltaic apparatus of inverter module ) 是由 王京 刘帅 文武 盛明强 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种逆变模块的保护电路、变流器及光伏设备。其中,该逆变模块的保护电路第一保护电路,所述第一保护电路连接在所述逆变模块的单相电路的上桥臂和下桥臂之间；其中,所述第一保护电路用于在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通时,关断所述逆变模块的三相电路中的上桥臂、下桥臂、中间桥臂任意两组之间的电连接通路。通过本发明,解决了相关技术中不能对逆变模块进行电流保护的技术问题,避免了开关管误导通导致的逆变模块损坏,增强了逆变模块的稳定性和安全。(The present invention provides protection circuit, current transformer and the photovoltaic apparatus of a kind of inverter module.Wherein, the protection circuit first of the inverter module protects circuit, between the upper bridge arm and lower bridge arm of the single-phase circuit that first protection is electrically connected to the inverter module；Wherein, when be used in the upper bridge arm of the single-phase circuit, lower bridge arm, intermediate bridge arm any two groups of the first protection circuit simultaneously turn on, upper bridge arm in the three-phase circuit of the inverter module, lower bridge arm, the electrical connection access between intermediate any two groups of bridge arm are turned off.Through the invention, it solves the technical issues of cannot carrying out current protection to inverter module in the related technology, avoids the damage of inverter module caused by switching tube misleads, enhance the stability and safety of inverter module.)

逆变模块的保护电路、变流器及光伏设备

技术领域

本发明涉及变流器领域，具体而言，涉及一种逆变模块的保护电路、变流器及光伏设备。

背景技术

传统的发电技术多为火力发电、水力发电，火力发电需要消耗大量的一次能源，并且伴随着许多环境问题的产生，为了解决这一问题，出现了新型的清洁能源，例如光伏太阳能、风能、潮汐能。

传统的发电为集中式发电，由输电线路遍及祖国的每个角落，多为交流电；新型能源，例如光伏电，属于直流电。目前，直流电的使用还在起步阶段，生活中交直流电网交织在一起，交直流负载也伴随其中。为了实现交直流电能的转换，变流器产生了，交直流的转换离不开逆变模块，逆变模块的好坏直接决定了该变流器能否稳定运行，但是相关技术中的变流器存在以下问题：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor、绝缘栅双极型晶体管)上下桥臂误导通问题；IGBT过电流损坏，无法正常工作；控制信号的延迟问题，不能及时切断线路。进而导致变流器和光伏系统不能稳定运行。

针对相关技术中存在的上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种逆变模块的保护电路、变流器及光伏设备，以至少解决相关技术中不能对逆变模块进行电流保护的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种逆变模块的保护电路，所述电路包括：第一保护电路，所述第一保护电路连接在所述逆变模块的单相电路的上桥臂和下桥臂之间；其中，所述第一保护电路用于在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通时，关断所述逆变模块的三相电路中的上桥臂、下桥臂、中间桥臂任意两组之间的电连接通路。

可选的，所述电路还包括：第二保护电路，与所述逆变模块的所有开关管通过总线连接，其中，所述第二保护电路用于在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通时，关断所述逆变模块的所有开关管。

可选的，所述第二保护电路与所述第一保护电路连接，所述第二保护电路还用于在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通，且所述第一保护电路未关断所述电连接通路时，关断所述逆变模块的所有开关管。

可选的，所述第一保护电路包括两个继电器和数字电路控制单元，其中一个继电器串联在上桥臂和中间桥臂之间，另外一个继电器串联在下桥臂和中间桥臂之间，所述数字电路控制单元并联在上桥臂开关管的漏极与下桥臂开关管的源极之间，其中，所述数字电路控制单元用于判断所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组是否同时导通，在导通时通过信号的上升沿触发第一控制信号，所述两个继电器响应于所述第一控制信号而关断。

可选的，所述电路还包括内部电流传感器，用于检测上桥臂开关管的漏极电流、中间桥臂的中间零电位电流、以及下桥臂开关管的源极电流，所述数字电路控制单元包括比较模块和触发模块，其中，所述比较模块用于比较所述漏极电流、所述中间零电位电流、以及所述源极电流中的任意两组是否相同，所述触发模块用于在任意两组电流相同时，确定对应两组桥臂导通并触发所述第一控制信号。

可选的，所述保护电路包括三个所述第一保护电路，分别连接在所述逆变模块的三相电路的每一相电路中。

可选的，所述第二保护电路为设置在所述逆变模块外部的CPU，所述CPU用于在上桥臂开关管的漏极电流、中间桥臂的中间零电位电流、以及下桥臂开关管的源极电流中的任意两组电流相同时，确定对应两组桥臂导通并向所述逆变模块的所有开关管发送用于控制开关管关断的第二控制信号。

可选的，所述第二控制信号为脉冲宽度调制PWM波。

第二方面，本发明实施例提供了一种变流器，所述变流器包括第一方面的逆变模块的保护电路。

第三方面，本发明实施例提供了一种光伏设备，所述光伏设备包括第一方面的逆变模块的保护电路。

通过本发明实施例提供的逆变模块的保护电路、变流器及光伏设备，逆变模块的保护电路包括所述第一保护电路，该第一保护电路连接在所述逆变模块的单相电路的上桥臂和下桥臂之间，第一保护电路在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通时，关断所述逆变模块的三相电路中的上桥臂、下桥臂、中间桥臂任意两组之间的电连接通路，通过控制桥臂之间的电连接通路，实现了对逆变模块的过流和短路保护，从而解决了相关技术中不能对逆变模块进行电流保护的技术问题，避免了开关管误导通导致的逆变模块损坏，增强了逆变模块的稳定性和安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例的逆变模块的内部电路拓扑图；

图2是根据本发明实施例的逆变模块的保护电路的拓扑图；

图3是本发明实施例保护电路的一个优选的电路拓扑图；

图4是本发明实施例的实现逻辑流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1是本发明实施例的逆变模块的内部电路拓扑图，逆变模块也叫IGBT模块，为三相三电平12桥臂的电路构成(三相电路用虚线示意)，位于直流母线正极侧的三个开关管(Q1、Q5、Q9)作为上桥臂、位于直流母线负极侧的三个开关管(Q2、Q6、Q10)作为下桥臂、位于中点电位的六个开关管(Q3～Q4、Q7～Q8、Q11～Q12)作为零电平输出的通道，为中间桥臂。

在本实施例中提供了一种逆变模块的保护电路，用于保护如图1所示的逆变模块。图2是根据本发明实施例的逆变模块的保护电路的拓扑图，图2仅示意在左边的一相电路中，如图2所示，该逆变模块的保护电路包括：

第一保护电路1，所述第一保护电路连接在所述逆变模块的单相电路的上桥臂和下桥臂之间；

其中，所述第一保护电路用于在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通(包括上桥臂和下桥臂同时导通、中间桥臂和下桥臂同时导通，中间桥臂和下桥臂同时导通)时，关断所述逆变模块的三相电路中的上桥臂、下桥臂、中间桥臂任意两组之间的电连接通路。

在图2所示的逆变模块的保护电路中，所述第一保护电路连接在所述逆变模块的单相电路的上桥臂和下桥臂之间，第一保护电路在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通时，关断所述逆变模块的三相电路中的上桥臂、下桥臂、中间桥臂任意两组之间的电连接通路，通过控制桥臂之间的电连接通路，实现了对逆变模块的过流和短路保护，从而解决了相关技术中不能对逆变模块进行电流保护的技术问题，避免了开关管误导通导致的逆变模块损坏，增强了逆变模块的稳定性和安全性。

在本实施例的一个实施方式中，该逆变模块的保护电路还包括：第二保护电路，与所述逆变模块的所有开关管通过总线连接，其中，所述第二保护电路用于在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通时，关断所述逆变模块的所有开关管。第二保护电路可以是基于第一保护电路的二次保护，即在第一保护电路失效时，第二保护电路生效，可以双重保护逆变模块的稳定性。

本实施例的所述第二保护电路与所述第一保护电路连接，所述第二保护电路还用于在所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组同时导通，且所述第一保护电路未关断所述电连接通路时，关断所述逆变模块的所有开关管。

其中，第一保护电路对逆变模块进行一次保护，第二保护电路对逆变模块进行二次保护。

在本实施例的可选实施方式中，所述第一保护电路包括两个继电器和数字电路控制单元，其中一个继电器串联在上桥臂和中间桥臂之间，另外一个继电器串联在下桥臂和中间桥臂之间，所述数字电路控制单元并联在上桥臂开关管的漏极与下桥臂开关管的源极之间，其中，所述数字电路控制单元用于判断所述单相电路的上桥臂、下桥臂、中间桥臂中的任意两组是否同时导通，在导通时通过信号的上升沿触发第一控制信号，所述两个继电器响应于所述第一控制信号而关断。通过高速低延时的数字电路控制单元，解决了外部控制信号的延迟而导致不能及时切断线路的问题。

在本实施例中，所述电路还包括内部电流传感器，用于检测上桥臂开关管的漏极电流、中间桥臂的中间零电位电流、以及下桥臂开关管的源极电流，所述数字电路控制单元包括比较模块和触发模块，其中，所述比较模块用于比较所述漏极电流、所述中间零电位电流、以及所述源极电流中的任意两组是否相同，所述触发模块用于在任意两组电流相同时，确定对应两组桥臂导通并触发所述第一控制信号。

在本实施例中，所述保护电路包括三个所述第一保护电路，分别连接在所述逆变模块的三相电路的每一相电路中。

可选的，所述第二保护电路为设置在所述逆变模块外部的CPU，所述CPU用于在上桥臂开关管的漏极电流、中间桥臂的中间零电位电流、以及下桥臂开关管的源极电流中的任意两组电流相同时，确定对应两组桥臂导通并向所述逆变模块的所有开关管发送用于控制开关管关断的第二控制信号。可选的，所述第二控制信号为脉冲宽度调制(Pulse widthmodulation，PWM)波。

图3是本发明实施例保护电路的一个优选的电路拓扑图，在上桥臂和下桥臂之间串联两个继电器K，在上桥臂开关管漏极与下桥臂源极之间并联数字电路控制单元，中点电位的六个开关管也添加对应的数字电路控制单元，每个数字电路控制电路的输出信号经过逻辑运算，进而向所有继电器输出关断信号，以最快的速度进行一次短路保护；CPU采集分析电路中的电流，通过控制信号控制开关管的关断，在一次保护失效的情况下切断电路，形成逆变单元模块的二次保护。

整个拓扑电路中一共有12个开关管(Q1～Q12)，其中A1～A12分别为对应开关管的内部电流传感器，用于检测电流，上下桥臂的六个开关管配备有反并联二极管(图中未示出)，作为开关管的泄流回路，在开关管关断后释放其内部的残余电荷；中点电位的六个开关管无反并联二极管，上下桥臂之间串联两个继电器(K1～K2、K3～K4、K5～K6)，其控制信号由电力电子数字电路逻辑单元发出；开关管的控制信号由CPU发出。

图4是本发明实施例的实现逻辑流程图，数字逻辑运算模块动作较快，将其作为一次保护，以最快的时间切断电路；CPU控制作为二次保护，在一次保护无动作时触发，保证IGBT模块的全面保护，在触发断开继电器(K1～K6)的控制信号时，每一相的以及保护电路并行检测控制。分别判断A1＝A2||A1＝A3||A2＝A3、A4＝A5||A4＝A6||A5＝A6、A7＝A8||A7＝A9||A8＝A9是否成立，只要其中一个成立，则触发控制信号，断开继电器K1～K6，下面进行详细说明：

方案一：若上桥臂与下桥臂同时导通，上桥臂开关管的漏极和下桥臂开关管的源极电流相等(如A1＝A3，A4＝A6，A7＝A9)，经过数字电路逻辑单元，以信号的上升沿进行触发，控制继电器关断，从而保护逆变模块；逆变模块外部，CPU采集电参数，输出PWM波控制开关管的断开，以此作为IGBT逆变模块的二次保护。

方案二：若上桥臂与中间桥臂同时导通，上桥臂开关管的漏极和中间零电位处电流相等(如A1＝A2，A4＝A5，A7＝A8)，经过电流传感器和数字电路逻辑单元，以信号的上升沿进行触发，控制继电器关断，从而保护逆变模块；逆变模块外部，CPU采集电参数，输出PWM波控制开关管的断开，以此作为IGBT逆变模块的二次保护。

方案三：若下桥臂与中间桥臂同时导通，下桥臂开关管的源极和中间零电位处电流相等(如A2＝A3，A5＝A6，A8＝A9)，，经过电流传感器和数字电路逻辑单元，以信号的上升沿进行触发，控制继电器关断，从而保护逆变模块，作为IGBT逆变模块的一次保护；逆变模块外部，CPU采集电参数，输出PWM波控制开关管的断开，作为IGBT逆变模块的二次保护。

在本实施例中还提供了一种变流器，变流器包括逆变模块和上述的逆变模块的保护电路。该变流器通过逆变模块的保护电路对逆变模块进行稳定性保护。

在本实施例中还提供了一种光伏设备，光伏设备包括逆变模块和上述的逆变模块的保护电路。通过保护变流器的逆变模块，变流器可以稳定运行，进而保证了设置变流器的光伏设备的稳定运行。

综上，通过本发明实施例提供的逆变模块的保护电路、变流器及光伏设备，在传统的三相三电平12桥臂的逆变拓扑中，增加两级过流/短路保护，利用继电器和电力电子数字控制单元模块构成一次保护，利用CPU的控制信号，控制开关管的关断，作为二次保护，从而大大增强了逆变模块的安全性能以及稳定性能。通过增加IGBT模块的安全保护性能，避免因采样不准确，导致管子误导通，造成模块烧毁的情况发生，增强了交直流转换系统的稳定性与安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。